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HYDRUS for Windows
当前版本：5.02 | 最新更新
HYDRUS是一个用于在二维和三维可变饱和介质中模拟水，热和溶质运动的软件包。该软件包包括一个用于计算的计算机程序和一个基于图形的交互式用户界面。HYDRUS是我们的核心产品，可以用一些特殊的附加模块来扩展功能。目前已被全球2000多家公司和机构使用-请参阅选定客户列表。该列表还包括2014年全球前100名大学中几乎50％的大学。
HYDRUS第5版于2022年4月发布，它合并了之前两个独立的软件包HYDRUS-1D(第4版，用于一维应用)和HYDRUS (2D/3D)(第3版，用于二维和三维应用)。查看HYDRUS 5.01中的新功能。
2022年11月:新的HYDRUS 5.02已经发布--参见HYDRUS 5.02中的新特性
程序介绍
HYDRUS程序数值求解可变饱和水流的Richards方程以及热和溶质运移的平流-弥散方程。流量方程包含一个汇项，以说明植物根系对水的吸收。热传输方程考虑了流动水的传导和对流引起的传输。溶质运移方程考虑了液相中的平流-弥散运移，以及气相中的扩散。输运方程还包括固相和液相之间的非线性非平衡反应、液相和气相之间的线性平衡反应、零级生成和两个一级降解反应。此外，物理非平衡溶质运移可以通过假设两区域、双重孔隙类型的公式来解释，该公式将液相分成可移动区域和不可移动区域。还包括附着/脱离理论，包括过滤理论，以模拟病毒、胶体和/或细菌的运移。
HYDRUS可用于分析水和溶质在不饱和、部分饱和或完全饱和多孔介质中的运动。该程序可以处理由不规则边界描绘的流动区域。流动区域本身可能由具有任意程度的局部各向异性的不均匀土壤组成。流动和迁移可以发生在一维垂直或水平方向、二维垂直或水平平面、围绕垂直轴呈径向对称的三维区域或完全三维的区域。该程序的标准模块(不是专门的附加模块)还包括一个Marquardt-Levenberg型参数优化算法，用于根据测量的瞬态或稳态数据对土壤水力和/或溶质运移和反应参数进行反向估计。HYDRUS中包含的各种流程和功能的详细信息在技术手册中提供[šimůnek等人，2022]。
HYDRUS图形用户界面(GUI)的主程序单元定义了系统的整体计算环境。这个主模块控制程序的执行，并确定特定应用程序需要哪些可选模块。该模块包含一个项目管理器以及预处理和后处理单元。预处理单元包括成功运行HYDRUS FORTRAN代码的所有必要参数的规格、用于相对简单的矩形和六面体传输域的网格生成器、适用于相对复杂的二维和三维域的非结构化有限元网格的网格生成器、土壤水力特性的小目录，以及用于从土壤结构数据生成土壤水力特性的Rosetta Lite程序。后处理单元由简单的x-y图形组成，用于以图形方式呈现土壤水力特性、特定变量在选定观测点的时间分布以及特定类型边界的实际或累积水和溶质通量。后处理单元还包括通过等高线图、等值线图、光谱图和速度矢量，和/或通过使用等高线图和光谱图的动画来呈现特定模拟结果的选项。
HYDRUS软件包的技术方面，如控制方程和有关调用的数值技术的细节记录在技术手册中[šimůnek等人，2022]。HYDRUS软件包的图形用户界面记录在单独的用户手册中ejna等人，2022]。
手册和主要参考
技术和用户手册
- Šimůnek, J., M. Šejna, G. Brunetti, and M. Th. van Genuchten, The HYDRUS Software Package for Simulating the One-, Two, and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably Saturated Media, Technical Manual I, Hydrus 1D, Version 5.0, PC Progress, Prague, Czech Republic, 334p., 2022. (HYDRUS_Technical_Manual_1D_V5.pdf 3.9MB)
- Šimůnek, J., M. Th. van Genuchten, and M. Šejna, The HYDRUS Software Package for Simulating One-, Two-, and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Porous Media, Technical Manual II, Hydrus 2D/3D. Version 5.0, PC Progress, Prague, Czech Republic, 283 p., 2022. (HYDRUS_Technical_Manual_2D3D_V5.pdf 3.6MB)
- Šejna, M., J. Šimůnek, and M. Th. van Genuchten, The HYDRUS Software Package for Simulating One-, Two- and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Porous Media, User Manual, Version 5.0, PC Progress, Prague, Czech Republic, 348 p., 2022. (HYDRUS_user_Manual_V5.pdf 9.6MB)
同行评议的期刊文章
- Šimůnek, J., M. Šejna, and M. Th. van Genuchten, New Features of the Version 3 of the HYDRUS (2D/3D) Computer Software Package, Journal of Hydrology and Hydromechanics, 66(2), 133-142, doi: 10.1515/johh-2017-0050, 2018.
- Šimůnek, J., M. Th. van Genuchten, and M. Šejna, Recent developments and applications of the HYDRUS computer software packages, Vadose Zone Journal, 15(7), pp. 25, doi: 10.2136/vzj2016.04.0033, 2016. (Hot paper according to Web of Knowledge (ISI))
- Šimůnek, J., M. Th. van Genuchten, and M. Šejna, HYDRUS: Model use, calibration and validation, Special issue on Standard/Engineering Procedures for Model Calibration and Validation, Transactions of the ASABE, 55(4), 1261-1274, 2012.
- Šimůnek, J., M. Th. van Genuchten, and M. Šejna, Development and applications of the HYDRUS and STANMOD software packages, and related codes, Vadose Zone Journal, doi:10.2136/VZJ2007.0077, Special Issue “Vadose Zone Modeling”, 7(2), 587-600, 2008. Download PDF (2MB). (Highly cited paper according to Web of Knowledge (ISI))
最新更新
HYDRUS第5版的新功能(与HYDRUS(2D/3D)第3版和HYDRUS-1D第4版相比)
- PFAS模块(在1D和2D):PFAS模块考虑了空气-水界面的吸附以及溶液浓度对保留和粘度的影响。因此，全氟辛烷磺酸模块可用于模拟全氟辛烷磺酸化学品的归宿和运移(Silva等人，2021年)。
- 粒子跟踪模块(在1D):该模块跟踪假想粒子的位置，这些粒子或者最初在土壤剖面中定义，或者在其边界释放。该模块的结果可用于计算土壤剖面中不同位置的土壤水传播时间和水龄。
- COSMIC模块(在1D):由布鲁内蒂等人[2019年]开发的COSMIC 模块使用舒特尔沃斯等人[2013年]开发的基于物理的宇宙射线土壤水分相互作用代码计算地面中子通量。
- DPU模块(在1D和2D):brune tti等人[2019，2021，2022]开发的动态植物吸收(DPU)模块模拟中性化合物在土壤-植物领域的转移和转化。
- UnsatChem模块(3D):该模块模拟主要离子的去向和运移，并可以评估土壤盐度和碱度问题。我们还在3D中实现了该模块(除了之前可用的1D和2D实现)。
- C-Ride模块(1D):C-Ride模块模拟一维和二维可变饱和水流、胶体运输和多孔介质中胶体促进的溶质运移。该模块考虑了瞬态可变饱和水流、由于平流、扩散和分散引起的胶体和溶质运动，以及由胶体运输促进的溶质运动。C-Ride模块的详细说明见C-Ride用户手册[šimůnek等人，2012，2022]。我们已经在1D实现了这个模块(除了之前在2D实现的模块之外)。
- 蒸发过程中没有分馏或分馏不变的环境同位素迁移(Stumpp等人，2012年)(在1D)。
- 3D中的Reservoir BC。
- 打印次数增加到10，000次。
- 新的图形功能，如选定变量的z-t图。
插件附加模块
可为现有的HYDRUS许可证定购插件模块。
| 模块名称 |
维度 |
流动、运移和反应模拟 |
| HP1，HP2 |
1D,2D |
HP1和HP2模块是Hydrus（其一维和二维部分）与PHREEQC地球化学代码耦合的结果[Parkhurst和Appelo，1999]，对应于类似的一维模块HP1[Jacques和Šimůnek，20052010；Jacques等人，20062008]。除了维度（2D）之外，HP2具有与HP1相同的功能。HP2包含模拟（1）瞬态水流，（2）多组分的传输，（3）混合平衡/动力学生物地球化学反应，以及（4）二维可变饱和多孔介质（土壤）中的热传输的模块。HP2模块的详细说明见HP2用户手册[Shum imůnek et al.，2012]。 |
| UnsatChem |
1D, 2D, 3D |
可以使用主离子化学模块（UNSATCHEM；Šimůnek和Suarez，1994）代替标准溶质传输模块。UNSATCHEM模块的详细描述见UNSATCHEM用户手册[S imůnek et al.，2012022]。HYDRUS-1D技术手册Šimůnek et al.，2022]对UNSATCHEM模块中使用的概念进行了更详细的描述，该手册提供了有关该模块一维版本的所有相关信息。 |
| Wetland |
2D |
Wetland模块(仅用于二维问题)用于模拟潜流人工湿地中的生化转化和降解过程。在Wetland模块中，可以选择两种生物动力学模型公式:(1)cw2d[Langergraber和šimůnek，2005，2006，2011]中描述的生物动力学模型，以及(cwm1(人工湿地模型#1)生物动力学模型Langer graber等人，2009]。在CW2D中描述了有机物、氮和磷的需氧和缺氧转化和降解过程，而在CWM1中描述了有机物、氮和硫的需氧、缺氧和厌氧过程。 |
| C-Ride |
1D,2D |
C-Ride模块模拟一维和二维可变饱和水流、胶体运输和多孔介质中胶体促进的溶质运输。该模块考虑了瞬态可变饱和水流、由于平流、扩散和分散引起的胶体和溶质运动，以及由胶体运输促进的溶质运动。C-Ride模块的详细说明见C-Ride用户手册[šimůnek等人，2012，2022]。 |
| DualPerm |
1D,2D |
DualPerm模块用于模拟双渗透多孔介质中二维可变饱和水运动和溶质运移，即优先和非平衡水流和溶质运移[Gerke和van Genuchten，1993；šimůnek等人，2003年；šimůnek和范·格努希滕，2008]。 |
| Furrow |
2D |
Furrow模块是一个混合有限体积-有限元(FV-FE)模型，描述了在沟灌和灌溉施肥过程中发生的地表-地下耦合流动和传输过程。该数值方法将明渠水流和溶质运移的一维描述与地下土壤区域水流和溶质运移的二维描述相结合。 |
| PFAS |
1D,2D |
PFAS模块包括考虑空气-水界面吸附和浓度对表面张力和粘度影响的选项Silva等人，2020]。 |
| Particle Tracking |
1D |
将[1991]的粒子跟踪算法应用于HYDRUS Zhou et al .，2021]。该模块的结果可用于计算土壤剖面中不同位置的土壤水传播时间和水龄。 |
| COSMIC |
1D |
布鲁内蒂等人[2019]开发的COSMIC模块使用舒特尔沃斯等人[2013]基于物理的宇宙射线土壤水分相互作用代码(COSMIC)计算地上中子通量。 |
| DPU |
1D,2D |
Brunetti等人开发的动态植物吸收(DPU)模块[2019，2021，2022]模拟了中性化合物在土壤-植物领域的迁移和转化。 |
| Fumigant |
1D, 2D, 3D |
Fumigant模块包括模拟熏蒸剂在土壤中的归宿和迁移所需的选项(例如，去除油布、依赖于温度的油布特性、额外注入熏蒸剂)。 |
| 模块名称 |
维度 |
一维应用 |
| H1D |
1D |
该模块对应于1D标准HYDRUS版，可在2D/3D HYDRUS版(除了1D标准版)中实现一维应用。从2022年6月1日开始，该模块在HYDRUS的所有版本中自动可用。 |
| H1D Pro |
1D |
该附加包通过以下附加模块扩展了一维应用程序的功能:hydrus-modules Cosmic、DPU、C-Ride和PFAS(参见下面对这些模块的描述)。这些模块只能与1D标准版或H1D附加模块一起使用。 |
| 模块名称 |
维度 |
程序性能 |
| HyPar |
2D, 3D |
HyPar是标准二维和三维HYDRUS计算模块(h2d_calc.exe和h3d_calc.exe)的并行版本。HyPar使用并行编程工具和技术来利用多核优势，并在多核处理器计算机上加速计算。HyPar目前仅支持直接模式下的计算(不支持反向模式)，并且不支持任何附加模块(例如，HP2、UnsatChem、Wetland和/或C-Ride)。HyPar模块在“程序选项”对话框窗口的“程序”选项卡上初始化。 |
| 模块名称 |
维度 |
边坡应力和稳定性 |
| Slope Cube |
2D, 3D |
开发附加模块“Slope Cube”(边坡应力和稳定性)，为饱和与非饱和条件提供统一的有效应力方法[Lu等人，2010]。该模块旨在从空间和时间上预测渗透诱发的滑坡引发，并在可变饱和土壤条件下进行边坡稳定性分析。瞬态湿度和压力水头场直接从HYDRUS模型获得，随后用于计算山坡的有效应力场[Lu和Godt，2013]。此外，与传统边坡稳定性分析中一个边坡对应一个安全系数的方法不同，边坡立方体模块计算山坡内整个区域的安全系数场[Lu等人，2012年]，从而可以识别潜在破坏面区域或表面的发展。 |
| Slope Classic |
2D |
“Slope Classic”附加模块主要用于路堤、大坝、土方开挖和锚定板结构的稳定性检查。使用孔隙压力分布模拟水的影响，孔隙压力分布是从指定时间的HYDRUS结果中自动导入的。水量分配的每个时间步都可以单独分析。 |
系统需求
适用于最新版本的HYDRUS 5.x。请注意，不再维护旧版本的HYDRUS(版本1.x - 3.x ),它们可能与最新的Windows操作系统不兼容。
最小系统配置：
- 操作系统
- Windows 10 (32 or 64-bit)
- Windows 8 (32 or 64-bit)
- Windows 7 (32 or 64-bit)
- 具有2 GHz的X86 CPU
- 2 MB 内存
- 10GB的总硬盘容量，约有500 MB剩余用于安装
- 分辨率为1024 x 768像素的图形卡
推荐的系统配置：
为了舒适地使用HYDRUS进行3D模型的计算，我们建议以下系统要求：
- 操作系统 Windows 10 (64-bit)
- 运行在3 GHz或更高频率的多核CPU
- 8 GB 内存（对于64位版本的HYDRUS为16 GB）
- 500GB 硬盘容量
- 具有OpenGL硬件加速的图形卡，屏幕分辨率为1920x1200像素。推荐的芯片组nVidia或ATI。
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